金刚石砂轮是如何损耗的？

近年来，随着金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮的广泛应用，金刚石、氮化硼等超硬数据的应用规模不断扩大，市场竞争日趋激烈。国内外许多公司和厂家都致力于这方面的讨论。到目前为止，许多公司已经开发了研磨和加工超硬数据的专用设备，它们都具有以下基本功能：

(1)稳定性和刚性好；

(2)无大振荡，防止切削刃破碎；

(3)主轴动力较好；

(4)可调节磨削力；

(5)具有特殊功能的金刚石砂轮；

(6)有足够的冷却剂供应；

一些设备还配备主轴变速、砂轮主动修整、东西显微镜、刀尖半径主动加工设备等。磨削加工本质上是砂轮表面随机散布的许多磨粒的切削过程。由于金刚石、立方氮化硼等超硬数据具有很高的硬度和耐磨性，其磨削加工机制与普通金属数据的磨削有很大不同。对超硬数据磨削加工过程中金刚石砂轮的损耗机理进行系统的研究，对金刚石砂轮的合理选择和应用具有指导意义。

一、显微分析金刚石砂轮损耗

在显微镜下调查各种磨削条件下使用的金刚石砂轮，可详细分析其损耗情况，结果如下：

在磨削力和磨削速度较低的情况下，金刚石砂轮使用后，其外观散布着许多边缘清晰、反光金刚石磨料磨削小平面。

这是由于金刚石磨粒与超硬数据的机械冲突造成的机械磨损。这种磨损是逐渐进行的，磨损量与磨削行程长度成正比。

在磨削区域温度较高的磨削条件下，金刚石砂轮上的金刚石磨粒被氧化和石墨化。根据金刚石的性质，氧化和石墨化的程度取决于金刚石磨料的晶体完好性，石墨化的程度也与晶体的方向有关。金刚石磨料具有良好的晶体完好性，其氧化、石墨化损失程度较低。

金刚石砂轮表面的一些金刚石磨粒开裂破碎，导致整个颗粒脱落。图4中金刚石磨粒发作解理损坏。由于晶体解理是由晶体结构元素7的化学键类型、强度和散布引起的平面断裂，因此常沿化学键强度结束的方向面发作。磨粒散布的随机性，决定其发作解理损伤是不可防止的。

金刚石磨粒开裂破碎，破碎断口不规则。在磨削过程中，磨粒瞬间升至高温，在磨削液的作用下急冷反复，在磨粒表面形成很大的热应力，使磨粒表面开裂破碎。热应力破碎磨损与金刚石磨粒的缺点分布和氧化密切相关。因此，首先，一些热应力会聚集在磨粒晶体表面的缺点上，诱发多个裂纹的发生和扩大。在磨削力的作用下，一些强度较弱的破碎。磨粒的破碎和脱落是磨削力和磨削热的结果。

当效果在磨粒上的机械力超过砂轮结合剂的结合力时，磨粒的整个颗粒就会脱落。试验结果表明，当结合力较小(如使用树脂结合剂)时，磨粒简单地脱落。

二、合理选择金刚石磨粒及结合剂

①选择磨料粒度

金刚石砂轮磨料粒度的选择直接影响超硬数据的磨削外观质量和加工功率。在满足加工质量要求的前提下，尽量选择粗粒，提高加工功率。粗磨时，可选粒度为120-150#的磨料，精磨时可选用粒度为180-240#的磨料，超精磨时可选用粒度为W40-W7的微磨料。

②选择磨料浓度

金刚石砂轮中磨料的浓度对超硬数据的磨削效果有一定的影响。如果浓度过高或过低，磨料会过早脱落，增加砂轮的损耗成本。试验结果表明，粗磨时过程中，可以选择较高的浓度，以增加单位面积中有用的磨粒数量，提高加工功率+精磨时应选择较低的浓度。一般情况下，粗磨时磨料浓度可选择100-150%，精磨时磨料浓度可选择75-100%左右。

③选择结合剂

导热性突出的金属结合剂(主要是青铜砂轮)对磨粒结合力大，适用于晶形比较好的金刚石磨料，磨削比较高。树脂结合剂对磨粒结合力弱，适用于脆性大、强度低的金刚石磨料。陶瓷结合剂的功能介于两者之间。铸铁短纤维结合剂对磨粒的结合力高达50-100kg/mm2，抗拉强度高达15-30kg/mm2，远优于一般金属结合剂。金刚石砂轮磨削工程陶瓷时，磨削比约为树脂结合剂砂轮的4-5倍，适用于制造晶状金刚石磨粒砂轮。

在磨削力和磨削速度较低的情况下，金刚石磨粒主要发生机械冲突磨损。金刚石磨粒在磨削区温度较高的情况下发生氧化和石墨化。磨粒的解理和破碎是磨削力和磨削热的结果。当效果在磨粒上的机械力超过砂轮结合剂的结合力时，磨粒的整颗粒就会脱落。